stringtranslate.com

Temperatura y presión estándar

La temperatura y presión estándar ( STP ) o condiciones estándar para la temperatura y la presión son diversos conjuntos estándar de condiciones para mediciones experimentales que se utilizan para permitir que se realicen comparaciones entre diferentes conjuntos de datos. Los estándares más utilizados son los de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), aunque estos no son universalmente aceptados. Otras organizaciones han establecido una variedad de otras definiciones.

En la industria y el comercio , las condiciones estándar de temperatura y presión son a menudo necesarias para expresar los volúmenes de gases y líquidos y cantidades relacionadas, como la tasa de flujo volumétrico (los volúmenes de gases varían significativamente con la temperatura y la presión): metros cúbicos estándar por segundo (Sm 3 /s), y metros cúbicos normales por segundo (Nm 3 /s).

Muchas publicaciones técnicas (libros, revistas, anuncios de equipos y maquinaria) simplemente indican "condiciones estándar" sin especificarlas; a menudo sustituyendo el término por el más antiguo "condiciones normales" o "NC". En casos especiales, esto puede dar lugar a confusión y errores. Las buenas prácticas siempre incorporan las condiciones de referencia de temperatura y presión. Si no se indican, se suponen algunas condiciones ambientales de la sala, cercanas a 1 atm de presión, 293 K (20 °C) y 0 % de humedad.

Definiciones

En química, la IUPAC cambió su definición de temperatura y presión estándar en 1982: [1] [2]

El NIST utiliza una temperatura de 20 °C (293,15 K, 68 °F) y una presión absoluta de 1 atm (14,696 psi, 101,325 kPa). [3] Este estándar también se denomina temperatura y presión normales (abreviado como NTP ). Sin embargo, una temperatura y presión común en uso por el NIST para experimentos termodinámicos es 298,15 K (25 ° C , 77 ° F ) y 1 bar (14,5038 psi , 100 kPa ). [4] [5] El NIST también utiliza 15 °C (59 °F) para la compensación de temperatura de productos refinados de petróleo, a pesar de notar que estos dos valores no son exactamente consistentes entre sí. [6]

Las condiciones de referencia estándar ISO 13443 para el gas natural y fluidos similares son 288,15 K (15,00 °C; 59,00 °F) y 101,325 kPa; [7] por el contrario, el Instituto Americano del Petróleo adopta 60 °F (15,56 °C; 288,71 K). [8]

Usos pasados

Antes de 1918, muchos profesionales y científicos que utilizaban el sistema métrico de unidades definían las condiciones de referencia estándar de temperatura y presión para expresar volúmenes de gas como 15 °C (288,15 K; 59,00 °F) y 101,325  kPa (1,00  atm ; 760  Torr ). Durante esos mismos años, las condiciones de referencia estándar más utilizadas por las personas que utilizaban los sistemas imperiales o tradicionales de EE. UU. eran 60 °F (15,56 °C; 288,71 K) y 14,696  psi (1 atm) porque eran de uso casi universal en las industrias del petróleo y el gas en todo el mundo. Las definiciones anteriores ya no son las más utilizadas en ninguno de los dos sistemas de unidades. [9]

Uso actual

En la actualidad, organizaciones de todo el mundo utilizan muchas definiciones diferentes de condiciones de referencia estándar. La siguiente tabla enumera algunas de ellas, pero hay más. Algunas de estas organizaciones utilizaron otros estándares en el pasado. Por ejemplo, la IUPAC define, desde 1982, las condiciones de referencia estándar como 0 °C y 100 kPa (1 bar), en contraste con su antiguo estándar de 0 °C y 101,325 kPa (1 atm). [2] El nuevo valor es la presión atmosférica media a una altitud de aproximadamente 112 metros, que se acerca más a la altitud media mundial de habitación humana (194 m). [10]

Las compañías de gas natural en Europa, Australia y Sudamérica han adoptado 15 °C (59 °F) y 101,325 kPa (14,696 psi) como sus condiciones de referencia de volumen de gas estándar, utilizadas como valores base para definir el metro cúbico estándar . [11] [12] [13] Además, la Organización Internacional de Normalización (ISO), la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) tienen cada uno más de una definición de condiciones de referencia estándar en sus diversas normas y regulaciones.

Abreviaturas:

Atmósfera estándar internacional

En aeronáutica y dinámica de fluidos , la " Atmósfera Estándar Internacional " (ISA) es una especificación de presión, temperatura, densidad y velocidad del sonido a cada altitud. A nivel medio del mar estándar, especifica una temperatura de 15 °C (59 °F), una presión de 101.325 pascales (14,6959 psi) (1 atm ) y una densidad de 1,2250 kilogramos por metro cúbico (0,07647 lb/cu ft). También especifica una tasa de caída de temperatura de -6,5 °C (-11,7 °F) por km (aproximadamente -2 °C (-3,6 °F) por 1.000 pies). [45] [46]

La atmósfera estándar internacional es representativa de las condiciones atmosféricas en latitudes medias. En los EE. UU., esta información se especifica como la atmósfera estándar estadounidense , que es idéntica a la "atmósfera estándar internacional" en todas las altitudes hasta los 65 000 pies sobre el nivel del mar. [ cita requerida ]

Condiciones estándar de laboratorio

Debido a que muchas definiciones de temperatura y presión estándar difieren significativamente de las temperaturas estándar de laboratorio (por ejemplo, 0 °C frente a ~28 °C), a menudo se hace referencia a "condiciones estándar de laboratorio" (un término elegido deliberadamente para ser diferente del término "condiciones estándar para temperatura y presión", a pesar de su casi identidad semántica cuando se interpreta literalmente). Sin embargo, lo que es una temperatura y presión de laboratorio "estándar" está inevitablemente ligado a la geografía, dado que diferentes partes del mundo difieren en clima, altitud y el grado de uso de calor/refrigeración en el lugar de trabajo. Por ejemplo, las escuelas en Nueva Gales del Sur , Australia, utilizan 25 °C a 100 kPa para las condiciones estándar de laboratorio. [47] ASTM International ha publicado la Norma ASTM E41 - Terminología relacionada con el acondicionamiento y cientos de condiciones especiales para materiales y métodos de prueba particulares . Otras organizaciones de normalización también tienen condiciones de prueba estándar especializadas. [ cita requerida ]

Volumen molar de un gas

Es tan importante indicar las condiciones de referencia aplicables de temperatura y presión al indicar el volumen molar de un gas [48] como al expresar un volumen de gas o un caudal volumétrico. Indicar el volumen molar de un gas sin indicar las condiciones de referencia de temperatura y presión tiene muy poco sentido y puede causar confusión.

El volumen molar de los gases en condiciones normales y a presión atmosférica se puede calcular con una precisión que suele ser suficiente utilizando la ley de los gases ideales . El volumen molar de cualquier gas ideal se puede calcular en diversas condiciones de referencia estándar, como se muestra a continuación:

La literatura técnica puede ser confusa porque muchos autores no explican si están utilizando la constante de gas ideal R o la constante de gas específica R s . La relación entre las dos constantes es R s = R / m , donde m es la masa molecular del gas.

La atmósfera estándar de los Estados Unidos (USSA) utiliza 8,31432 m 3 ·Pa/(mol·K) como valor de R . Sin embargo, la USSA en 1976 reconoce que este valor no es coherente con los valores de la constante de Avogadro y la constante de Boltzmann . [49]

Véase también

Notas explicativas

  1. ^ La presión se especifica como 750 mmHg . Sin embargo, los mmHg dependen de la temperatura, ya que el mercurio se expande a medida que aumenta la temperatura. Aquí se dan los valores para el rango de 0 a 20 °C.
  2. ^ El estándar se establece como 29,92 inHg a una temperatura no especificada. Esto probablemente corresponde a una presión estándar de 101,325 kPa, convertida a ~29,921 inHg a 32 °F (0 °C).

Referencias

  1. ^ abc AD McNaught y A. Wilkinson (1997). Nič, Miloslav; Jirát, Jiří; Košata, Bedřich; Jenkins, Aubrey; McNaught, Alan (eds.). IUPAC. Compendio de terminología química (PDF) (2.ª ed.). Oxford: Blackwell Scientific Publications. pág. 54. doi :10.1351/goldbook. ISBN 0-632-03583-8Condiciones estándar para gases: ... y presión de 10 5  pascales. La presión absoluta estándar anterior de 1 atm (equivalente a 101,325 kPa) se cambió a 100  kPa en 1982. La IUPAC recomienda que se descontinúe la presión anterior.
  2. ^ ab AD McNaught y A. Wilkinson (1997). "Presión estándar". IUPAC. Compendio de terminología química (2.ª ed.). Oxford: Blackwell Scientific Publications. doi :10.1351/goldbook.S05921. ISBN 978-0-9678550-9-7.
  3. ^ Doiron, Theodore D. (enero de 2007). "20 grados Celsius: una breve historia de la temperatura de referencia estándar para mediciones dimensionales industriales". NIST . 112 (1): 1–23. doi :10.6028/jres.112.001. PMC 4654601 . PMID  27110451. 
  4. ^ Helrich, Carl S. (14 de noviembre de 2008). Termodinámica moderna con mecánica estadística. Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-540-85418-0.
  5. ^ "Guía del libro web de química del NIST". webbook.nist.gov . Consultado el 6 de octubre de 2020 .
  6. ^ "Especificaciones, tolerancias y otros requisitos técnicos para dispositivos de pesaje y medición" (PDF) . pág. 3-1.
  7. ^ ab Gas natural – Condiciones de referencia estándar (ISO 13443). Ginebra, Suiza: Organización Internacional de Normalización. 1996.
  8. ^ Medición de petróleo API
  9. ^ Doiron, Ted (enero-febrero de 2007). "20 °C: una breve historia de la temperatura de referencia estándar para mediciones dimensionales industriales". Revista de investigación del Instituto Nacional de Normas y Tecnología . 112 (1): 1–23. doi :10.6028/jres.112.001. PMC 4654601 . PMID  27110451. 
  10. ^ Cohen, Joel E.; Small, Christopher (24 de noviembre de 1998). "Demografía hipsográfica: la distribución de la población humana por altitud". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 95 (24): 14009–14014. Bibcode :1998PNAS...9514009C. doi : 10.1073/pnas.95.24.14009 . PMC 24316 . PMID  9826643. 
  11. ^ Gassco . «Conceptos – Metro cúbico estándar (scm)». Archivado desde el original el 18 de octubre de 2007 . Consultado el 25 de julio de 2008 . Scm: Abreviatura habitual de metro cúbico estándar: un metro cúbico de gas en condiciones estándar, definidas como una presión atmosférica de 1,01325  bar y una temperatura de 15 °C. Esta unidad proporciona una medida del volumen de gas.
  12. ^ Nord Stream (octubre de 2007). «Estado de la ruta del gasoducto Nord Stream en el mar Báltico» (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 16 de febrero de 2008. Consultado el 25 de julio de 2008. bcm : Billion Cubic Meter (metro cúbico estándar: un metro cúbico de gas en condiciones estándar, definidas como una presión atmosférica de 1 atm y una temperatura de 15 °C).
  13. ^ Metrogas (junio de 2004). "Contrato de compraventa de gas natural" . Consultado el 25 de julio de 2008. Se entenderá por gas natural en estado normal la cantidad de gas natural que a una temperatura de quince (15) grados Celsius y una presión de 101,325 kilopascales ocupa el volumen de un (1) metro cúbico.
  14. ^ NIST (1989). "Base de datos de referencia estándar NIST 124: tablas de potencia de frenado y rango para electrones, protones e iones de helio". Archivado desde el original el 6 de octubre de 2010. Consultado el 25 de julio de 2008. Si desea que el programa trate el material como un gas ideal, se asumirá que la densidad está dada por M / V , donde M es el peso molecular en gramos del gas y V es el volumen molar de 22414 cm 3 en condiciones estándar (0 °C y 1 atm).
  15. ^ ISO (1994). "ISO 10780:1994: Emisiones de fuentes estacionarias – Medición de la velocidad y el caudal volumétrico de corrientes de gas en conductos".
  16. ^ Robert C. Weast, ed. (1975). Manual de física y química (56.ª edición). CRC Press. págs. F201–F206. ISBN  978-0-87819-455-1.
  17. ^ Extracción, primer tratamiento y carga de combustibles fósiles líquidos y gaseosos (Guía de inventario de emisiones B521, actividades 050201 – 050303) (PDF) . Copenhague, Dinamarca: Agencia Europea de Medio Ambiente. Septiembre de 1999.
  18. ^ ab "Ley de inspección de electricidad y gas", SOR/86-131 (define un conjunto de condiciones estándar para unidades imperiales y un conjunto diferente para unidades métricas) Leyes canadienses.
  19. ^ "Estándares de desempeño para nuevas fuentes", 40 CFR—Protección del medio ambiente, Capítulo I, Parte 60, Sección 60.2, 1990.
  20. ^ Wright, JD; Johnson, AN; Moldover, MR (2003). "Diseño e incertidumbre para un estándar de flujo de gas PVTt" (PDF) . Revista de investigación del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología . 108 (1): 21–47. doi :10.6028/jres.108.004. PMC 4844527 . PMID  27413592. Archivado desde el original (PDF) el 21 de julio de 2004. 
  21. ^ (También llamado NTP, Temperatura y Presión Normales.)
  22. ^ "¿Cuál es la diferencia entre STP y NTP?". Socratic . Archivado desde el original el 2015-11-27 . Consultado el 2018-08-28 .
  23. ^ Almond, Peter R.; Biggs, Peter J.; Coursey, BM; Hanson, WF; Huq, M. Saiful; Nath, Ravinder; Rogers, DWO (1999). "Protocolo TG-51 de la AAPM para la dosimetría de referencia clínica de haces de fotones y electrones de alta energía". Física médica . 26 (9): 1847–1870. Bibcode :1999MedPh..26.1847A. doi : 10.1118/1.598691 . PMID  10505874. S2CID  12687636.
  24. ^ "CRC Handbook of Chemistry and Physics", Definición de ambiente, capítulo 1-26, 95.ª edición, William M. Haynes, ed., CRC Press, Boca Raton, FL, 2014.
  25. ^ "Estándares nacionales primarios y secundarios de calidad del aire ambiente", 40 CFR—Protección del medio ambiente, Capítulo I, Parte 50, Sección 50.3, 1998.
  26. ^ "Glosario". Cleveland, OH, EE. UU.: Instituto de Aire y Gas Comprimido. 2002. Archivado desde el original el 2 de septiembre de 2007.
  27. ^ ab "El sistema métrico de unidades del SI y el estándar métrico de la SPE (1982)" (PDF) . Sociedad de Ingenieros Petroleros. Temperatura estándar (página 24) y Notas para la Tabla 2.3 (en la página 25 de 42 páginas PDF), definen dos conjuntos diferentes de condiciones de referencia, uno para el pie cúbico estándar y otro para el metro cúbico estándar.
  28. ^ Filtros de admisión de aire (ISO 5011:2002). Ginebra, Suiza: Organización Internacional de Normalización. 2002.
  29. ^ "Almacenamiento y manipulación de gases licuados de petróleo" y "Almacenamiento y manipulación de amoníaco anhidro", 29 CFR—Trabajo, Capítulo XVII—Administración de Seguridad y Salud Ocupacional, Parte 1910, Secciones 1910.110 y 1910.111, 1993 Almacenamiento/manipulación de GLP.
  30. ^ "Regla 102, Definición de términos (condiciones estándar)", modificada en diciembre de 2004, Distrito de Gestión de la Calidad del Aire de la Costa Sur, Los Ángeles, California, EE. UU. Regla 102 del SCAQMD
  31. ^ "49 CFR § 171" . Consultado el 22 de mayo de 2018 .
  32. ^ Sierra Bullets. "Capítulo 3: Efectos de la altitud y las condiciones atmosféricas (Sección de balística exterior)". Manual de recarga de rifles y pistolas (5.ª ed.). Sedalia, MO, EE. UU. Archivado desde el original el 9 de marzo de 2006. Consultado el 3 de febrero de 2006 .
  33. ^ Turbinas de gas – Pruebas de aceptación (ISO 2314:2009) (2.ª ed.). Ginebra, Suiza: Organización Internacional de Normalización. 2009.
  34. ^ Turbinas de gas – Adquisiciones – Parte 2: Condiciones de referencia estándar y clasificaciones (ISO 3977-2:1997). Ginebra, Suiza: Organización Internacional de Normalización. 1997.
  35. ^ "Manual de ASHRAE en línea". www.ashrae.org . Consultado el 9 de agosto de 2023 .
  36. ^ Norma ANSI/AMCA 210, "Métodos de laboratorio para probar ventiladores para evaluar el rendimiento aerodinámico", como se implica en http://www.greenheck.com/pdf/centrifugal/Plug.pdf cuando se accedió el 17 de octubre de 2007.
  37. ^ Esta norma AMCA se aplica únicamente al aire; la Asociación de Gas Comprimido [CGA] se aplica al uso de gas industrial en EE. UU.
  38. ^ Asociación de Gas Comprimido (6 de diciembre de 2012). Manual de Gas Comprimido. Springer. ISBN 9781461306733. Recuperado el 22 de noviembre de 2017 .
  39. ^ Manual del piloto sobre conocimientos aeronáuticos (PDF) . Departamento de Transporte de los Estados Unidos. Administración Federal de Aviación. 2016. pág. 4-3.
  40. ^ Acondicionadores de aire, sistemas de refrigeración líquida y bombas de calor con compresores accionados eléctricamente para calefacción y refrigeración de espacios. Reino Unido: BSI EN. 2013.
  41. ^ Atmósfera estándar. Ginebra, Suiza: Organización Internacional de Normalización. 1975.
  42. ^ Gas natural. Condiciones de referencia estándar. Ginebra (Suiza): Organización Internacional de Normalización. 1996.
  43. ^ Análisis de gases - Vocabulario. Ginebra, Suiza: Organización Internacional de Normalización. 2015.
  44. ^ Referenzzustand, Normzustand, Normvolumen; Begriffe und Werte. Alemania: Deutsches Institut für Normung. 1990.
  45. ^ Auld, DJ; Srinivas, K. (2008). "Propiedades de la atmósfera". Archivado desde el original el 9 de junio de 2013. Consultado el 13 de marzo de 2008 .
  46. ^ Batchelor, GK, Introducción a la dinámica de fluidos , Cambridge Univ. Press, 1967.
  47. ^ Peter Gribbon (2001). Excel HSC Chemistry Pocket Book Years 11–12 (Libro de bolsillo de química del HSC, años 11 y 12) . Pascal Press. ISBN 978-1-74020-303-6.
  48. ^ "Propiedades físicas fundamentales: volúmenes molares (valores CODATA para gases ideales)". NIST .
  49. ^ Atmósfera estándar de EE. UU., 1976, Imprenta del Gobierno de EE. UU., Washington, DC, 1976.

Enlaces externos